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使用 MEMS 傳感器感知工業(yè)自動(dòng)化世界

1945988 2022-11-25 | pdf | 402.55KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

工業(yè) 4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 等舉措共同幫助制造組織提高其生產(chǎn)流程的效率。基于云的分析應(yīng)用程序負(fù)責(zé)整理和提供運(yùn)行生產(chǎn)或制造操作的許多不同方面的上下文。這些應(yīng)用程序從部署在工廠車間和每臺(tái)制造設(shè)備中的傳感器收集基本數(shù)據(jù)。傳感器用于測(cè)量實(shí)時(shí)世界，并且在大多數(shù)情況下，將模擬測(cè)量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度和氣壓，但還有許多其他特性，例如氣體流量、液壓流體壓力和距離。其他類型的傳感器需要精確測(cè)量運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置。這些可以包括用于機(jī)器人和自動(dòng)化的慣性導(dǎo)航、工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及沖擊檢測(cè)和記錄。微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測(cè)量能力而越來越多地用于這些任務(wù)。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計(jì)和陀螺儀設(shè)備的工作原理，并展示一些專為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì)的示例。微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測(cè)量能力而越來越多地用于這些任務(wù)。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計(jì)和陀螺儀設(shè)備的工作原理，并展示一些專為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì)的示例。微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測(cè)量能力而越來越多地用于這些任務(wù)。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計(jì)和陀螺儀設(shè)備的工作原理，并展示一些專為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì)的示例。工業(yè) 4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 等舉措共同幫助制造組織提高其生產(chǎn)流程的效率。基于云的分析應(yīng)用程序負(fù)責(zé)整理和提供運(yùn)行生產(chǎn)或制造操作的許多不同方面的上下文。這些應(yīng)用程序從部署在工廠車間和每臺(tái)制造設(shè)備中的傳感器收集基本數(shù)據(jù)。傳感器用于測(cè)量實(shí)時(shí)世界，并且在大多數(shù)情況下，將模擬測(cè)量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度和氣壓，但還有許多其他特性，例如氣體流量、液壓流體壓力和距離。其他類型的傳感器需要精確測(cè)量運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置。這些可以包括用于機(jī)器人和自動(dòng)化的慣性導(dǎo)航、工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及沖擊檢測(cè)和記錄。微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測(cè)量能力而越來越多地用于這些任務(wù)。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計(jì)和陀螺儀設(shè)備的工作原理，并展示一些專為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì)的示例。微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測(cè)量能力而越來越多地用于這些任務(wù)。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計(jì)和陀螺儀設(shè)備的工作原理，并展示一些專為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì)的示例。微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測(cè)量能力而越來越多地用于這些任務(wù)。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計(jì)和陀螺儀設(shè)備的工作原理，并展示一些專為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì)的示例。MEMS 設(shè)備是在硅中構(gòu)造的，因此有許多非常小的移動(dòng)結(jié)構(gòu)。通常，這可能是一個(gè)結(jié)構(gòu)或質(zhì)量（檢驗(yàn)質(zhì)量），根據(jù)測(cè)量對(duì)象橫向或垂直移動(dòng)。這種移動(dòng)或位移可能是加速力（例如相對(duì)位置的變化）的結(jié)果。這些微觀運(yùn)動(dòng)的測(cè)量通常是通過微機(jī)械元件之間的電容變化來檢測(cè)的。重力本身會(huì)產(chǎn)生 1 g 的恒定加速力，這是加速度計(jì)可以測(cè)量的，傾斜度與加速度計(jì)相對(duì)于重力場(chǎng)所成角度的正弦成正比。高精度模擬前端測(cè)量質(zhì)量塊和固定結(jié)構(gòu)之間的電容，然后使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 將信號(hào)帶入數(shù)字域。然后使用微控制器來處理接收到的數(shù)據(jù)以及許多基于軟件的過濾器，這些過濾器可以拒絕與有效運(yùn)動(dòng)無關(guān)的信號(hào)。單個(gè)基于質(zhì)量塊的 MEMS 傳感器只能檢測(cè)一個(gè)方向的加速力，因此對(duì)于實(shí)際的 3D 用途，需要三個(gè)單獨(dú)的 MEMS 結(jié)構(gòu)（圖 1）。MEMS 設(shè)備是在硅中構(gòu)造的，因此有許多非常小的移動(dòng)結(jié)構(gòu)。通常，這可能是一個(gè)結(jié)構(gòu)或質(zhì)量（檢驗(yàn)質(zhì)量），根據(jù)測(cè)量對(duì)象橫向或垂直移動(dòng)。這種移動(dòng)或位移可能是加速力（例如相對(duì)位置的變化）的結(jié)果。這些微觀運(yùn)動(dòng)的測(cè)量通常是通過微機(jī)械元件之間的電容變化來檢測(cè)的。重力本身會(huì)產(chǎn)生 1 g 的恒定加速力，這是加速度計(jì)可以測(cè)量的，傾斜度與加速度計(jì)相對(duì)于重力場(chǎng)所成角度的正弦成正比。高精度模擬前端測(cè)量質(zhì)量塊和固定結(jié)構(gòu)之間的電容，然后使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 將信號(hào)帶入數(shù)字域。然后使用微控制器來處理接收到的數(shù)據(jù)以及許多基于軟件的過濾器，這些過濾器可以拒絕與有效運(yùn)動(dòng)無關(guān)的信號(hào)。單個(gè)基于質(zhì)量塊的 MEMS 傳感器只能檢測(cè)一個(gè)方向的加速力，因此對(duì)于實(shí)際的 3D 用途，需要三個(gè)單獨(dú)的 MEMS 結(jié)構(gòu)（圖 1）。圖 1：檢測(cè) 3D 加速度。圖 1：檢測(cè) 3D 加速度。在檢測(cè)角速率變化時(shí)，陀螺儀 MEMS 傳感器使用微機(jī)械振動(dòng)元件而不是旋轉(zhuǎn)機(jī)制。這個(gè)振動(dòng)元件保持在一個(gè)固定的平面內(nèi)，通過電容的變化來檢測(cè)滾動(dòng)、俯仰和偏航角速率的變化（圖 2）。作為測(cè)量過程的一部分，可以針對(duì)檢測(cè)到的任何加速度或振動(dòng)補(bǔ)償角速率。在檢測(cè)角速率變化時(shí)，陀螺儀 MEMS 傳感器使用微機(jī)械振動(dòng)元件而不是旋轉(zhuǎn)機(jī)制。這個(gè)振動(dòng)元件保持在一個(gè)固定的平面內(nèi)，通過電容的變化來檢測(cè)滾動(dòng)、俯仰和偏航角速率的變化（圖 2）。作為測(cè)量過程的一部分，可以針對(duì)檢測(cè)到的任何加速度或振動(dòng)補(bǔ)償角速率。